package NO3_LinkedList;

import java.math.BigDecimal;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

/**
 * 2025-09-04
 * 力扣 - 146. LRU 缓存
 * <p>
 * 请你设计并实现一个满足  LRU (最近最少使用) 缓存 约束的数据结构。
 * 实现 LRUCache 类：
 * LRUCache(int capacity) 以 正整数 作为容量 capacity 初始化 LRU 缓存
 * int get(int key) 如果关键字 key 存在于缓存中，则返回关键字的值，否则返回 -1 。
 * void put(int key, int value) 如果关键字 key 已经存在，则变更其数据值 value ；如果不存在，则向缓存中插入该组 key-value 。
 * 如果插入操作导致关键字数量超过 capacity ，则应该 逐出 最久未使用的关键字。
 * 函数 get 和 put 必须以 O(1) 的平均时间复杂度运行。
 */
public class LRUCacheMain {
    public static void main(String[] args) {
        LRUCache lruCache = new LRUCache(2);

        lruCache.put(1, 1); // 缓存是 {1=1}
        lruCache.put(2, 2); // 缓存是 {1=1, 2=2}
        System.out.println(lruCache.get(1));    // 返回 1
        lruCache.put(3, 3); // 该操作会使得关键字 2 作废，缓存是 {1=1, 3=3}
        System.out.println(lruCache.get(2));    // 返回 -1 (未找到)
        lruCache.put(4, 4); // 该操作会使得关键字 1 作废，缓存是 {4=4, 3=3}
        System.out.println(lruCache.get(1));    // 返回 -1 (未找到)
        System.out.println(lruCache.get(3));    // 返回 3
        System.out.println(lruCache.get(4));    // 返回 4
    }

    static class LRUCache {

        private final Map<Integer, DLinkedNode> cache;
        private int size;
        private final int capacity;
        private final DLinkedNode head; // 虚拟头节点
        private final DLinkedNode tail; // 虚拟尾节点

        public LRUCache(int capacity) {
            this.cache = new HashMap<>();
            this.size = 0;
            this.capacity = capacity;

            // 初始化虚拟头尾节点并相互连接
            head = new DLinkedNode();
            tail = new DLinkedNode();
            head.next = tail;
            tail.prev = head;
        }

        public int get(int key) {
            DLinkedNode node = cache.get(key);
            if (node == null) {
                return -1;
            }

            // 将访问的节点移到头部（表示最近使用）
            moveToHead(node);
            return node.value;
        }

        public void put(int key, int value) {
            DLinkedNode node = cache.get(key);

            if (node == null) {
                // 如果key不存在，创建新节点
                DLinkedNode newNode = new DLinkedNode(key, value);
                cache.put(key, newNode);
                addToHead(newNode);
                size++;

                // 如果超出容量，删除尾部节点
                if (size > capacity) {
                    DLinkedNode tailNode = removeTail();
                    cache.remove(tailNode.key);
                    size--;
                }
            } else {
                // 如果key存在，更新值并移到头部
                node.value = value;
                moveToHead(node);
            }
        }

        // 添加节点到头部（在head之后）
        private void addToHead(DLinkedNode node) {
            // 新节点的前后指针
            node.prev = head;
            node.next = head.next;

            // 调整原有节点的指针
            head.next.prev = node;
            head.next = node;
        }

        // 移除节点
        private void removeNode(DLinkedNode node) {
            node.prev.next = node.next;
            node.next.prev = node.prev;
        }

        // 移动节点到头部
        private void moveToHead(DLinkedNode node) {
            removeNode(node);
            addToHead(node);
        }

        // 移除尾部节点（最久未使用）
        private DLinkedNode removeTail() {
            DLinkedNode res = tail.prev;
            removeNode(res);
            return res;
        }

        // 双向链表节点类
        static class DLinkedNode {
            int key;
            int value;
            DLinkedNode prev;
            DLinkedNode next;

            public DLinkedNode() {
            }

            public DLinkedNode(int key, int value) {
                this.key = key;
                this.value = value;
            }
        }
    }
}
